【新教材】2020年秋人教版（2019）高中化学选择性必修2第二章第二节 第2课时　杂化轨道理论练习

第 2 课时 杂化轨道理论 基础过关练 题组一 杂化轨道理论 1.鲍林曾获得诺贝尔奖不同奖项,杂化轨道理论是鲍林为了解释分子的空间结构提出的。下列对 sp3、 sp2、sp 杂化轨道的夹角大小的比较,得出的结论正确的是( ) A.sp 杂化轨道的夹角最大 B.sp2 杂化轨道的夹角最大 C.sp3 杂化轨道的夹角最大 D.sp3、sp2、sp 杂化轨道的夹角大小相等 2.下列图形属于 sp 杂化轨道的是( ) 3.(2020 山东济宁高二期末)氯化亚砜(SOCl2)是一种很重要的化学试剂,可以作为氯化剂和脱水剂。下 列关于氯化亚砜分子的空间结构和中心原子(S)采取的杂化方式的说法正确的是( ) A.三角锥形、sp3 B.平面三角形、sp3 C.平面三角形、sp2 D.三角锥形、sp2 4.s 轨道和 p 轨道杂化的类型不可能有( ) A.sp 杂化 B.sp2 杂化 C.sp3 杂化 D.sp4 杂化 5.在 分子中,C—Br 键采用的成键轨道是( ) A.sp-p B.sp2-s C.sp2-p D.sp3-p 6.下列有关 sp2 杂化轨道的说法错误的是( ) A.由同一能层上的 s 轨道与 p 轨道杂化而成 B.共有 3 个能量相同的杂化轨道 C.每个 sp2 杂化轨道中 s 能级成分占三分之一 D.sp2 杂化轨道最多可形成 2 个σ键 7.下列分子中,中心原子的杂化轨道类型相同的是( ) A.CO2 与 SO2 B.CH4 与 NH3 C.BeCl2 与 BF3 D.C2H4 与 C2H2 8.在 1 个乙烯分子中有 5 个σ键和 1 个π键,下列说法正确的是(深度解析) A.sp2 杂化轨道形成σ键,未参与杂化的 2p 轨道形成π键 B.sp2 杂化轨道形成π键,未参与杂化的 2p 轨道形成σ键 C.C—H 是 sp2 杂化轨道形成的σ键, 是未参与杂化的 2p 轨道形成的 D. 是 sp2 杂化轨道形成的σ键,C—H 是未参与杂化的 2p 轨道形成的π键 9.下列关于杂化轨道的叙述中,不正确的是(深度解析) A.分子中中心原子通过 sp3 杂化轨道成键时,该分子不一定为正四面体结构 B.杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对 C.NH3 和 CH4 两个分子中中心原子 N 和 C 都是通过 sp3 杂化轨道成键 D.用杂化轨道理论与 VSEPR 模型分析分子空间结构的结果常常相互矛盾 题组二 杂化轨道类型与分子空间结构的关系 10.(2020 河南洛阳高二期末)下列分子中,空间结构是平面三角形的是( ) A.CH4 B.NH3 C.BF3 D.CO2 11.氨气分子的空间结构是三角锥形,而甲烷分子的空间结构是正四面体形,这是因为( ) A.两种分子的中心原子的杂化轨道类型不同,NH3 中 N 原子为 sp2 杂化,而 CH4 中 C 原子是 sp3 杂化 B.NH3 分子中氮原子形成 3 个杂化轨道,CH4 分子中碳原子形成 4 个杂化轨道 C.NH3 分子中中心原子上有一对未成键的孤电子对,它对成键电子对的排斥作用较强 D.氨气是四原子化合物,甲烷为五原子化合物 12.甲烷分子(CH4)失去一个 H+,形成甲基阴离子(C H3 - ),在这个过程中,下列说法不合理的是( ) A.碳原子的杂化轨道类型发生了改变 B.微粒的空间结构发生了改变 C.微粒的稳定性发生了改变 D.微粒中的键角发生了改变 13.下表中各粒子对应的空间结构及杂化方式均正确的是 ( ) 选项 粒子 空间结构 杂化方式 A SO3 平面三角形 S 原子采取 sp 杂化 B SO2 V 形 S 原子采取 sp3 杂化 C C O3 2- 三角锥形 C 原子采取 sp2 杂化 D C2H2 直线形 C 原子采取 sp 杂化 能力提升练 题组 杂化轨道理论的理解与应用 1.(2020 辽宁瓦房店中学高二期末, )下列分子或离子的中心原子杂化轨道类型不同的是( ) A.S O3 2- 与 SO3 B.CH4 与 H2O C.PCl3 与 Cl O3 - D.BF3 与 C O3 2- 2.(双选)(2020 山东高二月考, )下列叙述中正确的是( ) A.CS2 为 V 形分子 B.Cl O3 - 的空间结构为平面三角形 C.SF6 中有 6 对完全相同的成键电子对 D.SiF4 和 S O3 2- 的中心原子均为 sp3 杂化 3.(2020 河南高二检测, )关于原子轨道的说法正确的是( ) A.中心原子采取 sp3 杂化轨道成键的分子,其空间结构都是四面体形 B.CH4 中的 sp3 杂化轨道是由 4 个 H 原子的 1s 轨道和 C 原子的 2p 轨道混杂而形成的 C.sp3 杂化轨道是由同一个原子中能量相近的 s 轨道和 p 轨道混杂形成的一组能量相同的新轨道 D.凡 AB3 型的共价化合物,其中心原子 A 均采取 sp3 杂化轨道成键 4.(2020 河北高二月考, )下列关于三氯化磷分子的叙述不正确的是( ) A.PCl3 分子中三个共价键的键长和键角都相等 B.PCl3 分子中的 P—Cl 键属于极性共价键 C.PCl3 分子中三个共价键键能相等 D.PCl3 分子中磷原子采取 sp2 杂化 5.(2020 天津第二十中学高二检测, )根据杂化轨道理论和价层电子对互斥模型,判断下列分子或离子 的空间结构正确的是( ) 选项 分子 或离子 中心原子 杂化方式 价层电子 对互斥模型 分子或离子 的空间结构 A SO2 sp 直线形 直线形 B HCHO sp2 平面三角形 三角锥形 C NF3 sp2 四面体形 平面三角形 D N H4 + sp3 正四面体形 正四面体形 6.(2019 四川雅安中学高二上第一次月考, )下列分子的空间结构可用 sp2 杂化轨道来解释的是( ) ①BF3 ② ③ ④C2H2 ⑤N2H4 ⑥苯分子 A.①②③ B.①③⑥ C.②③⑤ D.③④⑥ 7.( )如图所示是某硅氧离子的空间结构示意图(虚线不表示共价键)。通过观察分析,下列叙述正确 的是( ) A.键角为 120° B.化学组成为 Si O3 2- C.Si 原子采用 sp2 杂化 D.化学组成为 Si O4 4- 8.(2019 四川蓉城名校联盟高二期中, )推理是学习化学知识的一种重要方法。下列推理合理的是 ( ) A.SO2 中硫原子采取 sp2 杂化,则 CO2 中碳原子也采取 sp2 杂化 B.NH3 分子的空间结构是三角锥形,则 NCl3 分子的空间结构也是三角锥形 C.H2O 分子的键角是 105°,则 H2S 分子的键角也是 105° D.PCl3 分子中每个原子最外层达到 8 电子稳定结构,则 BF3 分子中每个原子最外层也能达到 8 电子稳 定结构 9.( )下列关于杂化轨道的叙述中,不正确的是( ) A.杂化轨道可用于形成σ键、π键或用于容纳未参与成键的孤电子对 B.分子中中心原子通过 sp3 杂化轨道成键时,该分子不一定为四面体结构 C.杂化前后的轨道数目不变,但轨道的形状发生了改变 D.sp3、sp2、sp 杂化轨道的夹角分别为 109°28'、120°、180° 10.( )回答下列问题: (1)下列微粒中按键角由大到小的顺序排列为 (用编号填写)。 ①HCN ②SiF4 ③SCl2 ④C O3 2- ⑤H3O+ (2)ClO-、Cl O2 - 、Cl O3 - 、Cl O4 - 中 Cl 都是以 sp3 杂化轨道与 O 原子成键,将它们的空间结构填入表格中: 离子 ClO- Cl O2 - Cl O3 - Cl O4 - 空间结构 (3)S 单质的常见形式为 S8,其结构如图所示,S 原子采取的杂化方式是 。 (4)肼(N2H4)分子可视为 NH3 分子中的一个氢原子被—NH2(氨基)取代形成的另一种氮的氢化物。 N2H4 分子中氮原子的杂化轨道类型是 ,N2H4 分子中的六个原子 (填“在”或“不在”)同 一个平面上。 答案全解全析 基础过关练 1.A 2.D 3.A 4.D 5.C 6.D 7.B 8.A 9.D 10.C 11.C 12.A 13.D 1.A sp3、sp2、sp 杂化轨道的夹角分别为 109°28'、120°、180°。 2.D sp 杂化轨道夹角为 180°,C 项属于未杂化的 p 轨道。 3.A 根据价层电子对互斥模型确定微粒的空间结构,SOCl2 中 S 原子形成 2 个 S—Cl 键,1 个 键, 价层电子对数=σ键个数+孤电子对数=3+ 6-1-1-1 × 2 2 =4,杂化轨道数是 4,故 S 原子采取 sp3 杂化,中心原子上 有一对孤电子对,分子空间结构为三角锥形,故选 A。 4.D np 能级有三个轨道:npx、npy、npz,当 s 轨道和 p 轨道杂化时只有三种类型: ①sp 杂化,即一个 s 轨道和一个 p 轨道的杂化;②sp2 杂化,即一个 s 轨道和两个 p 轨道的杂化;③sp3 杂化, 即一个 s 轨道和三个 p 轨道的杂化。 5.C 分子中的两个碳原子都采取 sp2 杂化,溴原子的价电子排布式为 4s24p5,4p 轨道上 有一个未成对电子,与碳原子的一个 sp2 杂化轨道成键。 6.D 参与杂化的轨道的能量是相近的,同一能层上 s 轨道与 p 轨道的能量差异不是很大,可形成 sp2 杂 化轨道,A 项正确;形成的杂化轨道能量相同,B 项正确;sp2 杂化轨道是由一个 s 轨道与 2 个 p 轨道杂化 而成的,C 项正确;sp2 杂化轨道最多可形成 3 个σ键,D 项错误。 7.B CO2 中 C 原子为 sp 杂化,SO2 中 S 原子为 sp2 杂化,A 不正确;CH4 中 C 原子为 sp3 杂化,NH3 中 N 原子为 sp3 杂化,B 正确;BeCl2 中 Be 原子为 sp 杂化,BF3 中 B 原子为 sp2 杂化,C 不正确;C2H4 中 C 原子 为 sp2 杂化,C2H2 中 C 原子为 sp 杂化,D 不正确。 8.A 在乙烯分子中碳原子与相连的氢原子、碳原子形成平面三角形,所以乙烯分子中每个碳原子均 采取 sp2 杂化,其中杂化轨道形成σ键,未参与杂化的 2p 轨道形成π键。 归纳总结 杂化轨道与共价键类型 杂化轨道只能用于形成σ键或用来容纳未参与成键的孤电子对,不能用于形成π键;未参与杂化的 p 轨 道可用于形成π键。 9.D 中心原子采取 sp3 杂化轨道成键的分子可能是正四面体形(如 CH4)、三角锥形(如 NH3)或者 V 形(如 H2O),A 正确;π键是由未参与杂化的轨道“肩并肩”重叠形成的,杂化轨道只用于形成σ键或用于容 纳孤电子对,B 正确;正四面体形的 CH4 和三角锥形的 NH3 中,中心原子 N 和 C 都是通过 sp3 杂化轨道 成键,C 正确;杂化轨道理论和 VSEPR 模型都是为了解释分子的空间结构而提出的理论,两者不矛盾, 可以先通过 VSEPR 模型判断出分子的空间结构,再判断出中心原子的杂化轨道类型,D 错误。 特别提醒 (1)在形成多原子分子时,中心原子价电子层上的某些能量相近的原子轨道(ns、np)发生杂 化,双原子分子中,不存在原子轨道的杂化。 (2)杂化过程中,原子轨道总数不变,即杂化轨道的数目与参与杂化的原子轨道数目相等。 (3)杂化过程中,轨道的形状发生变化,但杂化轨道的形状相同,能量相同,方向不同。 10.C CH4 的中心碳原子为 sp3 杂化,空间结构为正四面体形,A 不符合题意;NH3 的中心氮原子为 sp3 杂化,空间结构为三角锥形,B 不符合题意;BF3 的中心硼原子为 sp2 杂化,空间结构为平面三角形,C 符合 题意;CO2 的中心碳原子为 sp 杂化,空间结构为直线形,D 不符合题意。 11.C NH3 和 CH4 中的中心原子都是 sp3 杂化,都形成夹角为 109°28'的四个杂化轨道,只是 NH3 分子 中 N 原子利用其中 3 个 sp3 杂化轨道与 3 个 H 原子的 1s 轨道成键,另一个 sp3 杂化轨道被孤电子对占 据,所以 NH3 分子为三角锥形,而 CH4 分子中 4 个 sp3 杂化轨道全部用于形成 4 个 C—H 键,所以 CH4 分 子为正四面体形。 12.A CH4 为正四面体形,而 C H3 - 为三角锥形,微粒的空间结构、键角、稳定性均发生改变,但中心原 子杂化轨道类型不变,都是 sp3 杂化。 13.D A 项,SO3 分子中硫原子的价层电子对数=3+ 1 2 ×(6-3×2)=3,不含孤电子对,采取 sp2 杂化,空间结构 为平面三角形,错误;B 项,SO2 分子中硫原子的价层电子对数=2+ 1 2 ×(6-2×2)=3,含 1 对孤电子对,采取 sp2 杂化,空间结构为 V 形,错误;C 项,C O3 2- 中碳原子价层电子对数=3+ 1 2 ×(4+2-3×2)=3,不含孤电子对,采取 sp2 杂化,空间结构为平面三角形,错误;D 项,乙炔(CH CH)分子中每个碳原子均形成 2 个σ键和 2 个 π键,价层电子对数是 2,为 sp 杂化,空间结构为直线形,正确。 能力提升练 1.A 2.CD 3.C 4.D 5.D 6.B 7.D 8.B 9.A 1.A A 项,S O3 2- 中 S 原子价层电子对数为 4,杂化轨道类型是 sp3,SO3 中 S 原子价层电子对数为 3,杂化 轨道类型是 sp2,故 A 符合题意;B 项,CH4 中 C 原子价层电子对数为 4,杂化轨道类型是 sp3,H2O 中 O 原 子价层电子对数为 4,杂化轨道类型是 sp3,故 B 不符合题意;C 项,PCl3 中 P 原子价层电子对数为 4,杂化 轨道类型是 sp3,Cl O3 - 中 Cl 原子价层电子对数为 4,杂化轨道类型是 sp3,故 C 不符合题意;D 项,BF3 中 B 原子价层电子对数为 3,杂化轨道类型为 sp2,C O3 2- 中 C 原子价层电子对数为 3,杂化轨道类型为 sp2,故 D 不符合题意。 2.CD CS2 分子中,碳原子采取 sp 杂化,为直线形,A 错误;Cl O3 - 的中心原子价层电子对数为 4,孤电子对 数为 1,所以是三角锥形,B 错误;SF6 的中心原子价层电子对数为 6,无孤电子对,呈正八面体结构,有 6 对 完全相同的成键电子对,C 正确;SiF4 和 S O3 2- 的中心原子价层电子对数为 4,都是 sp3 杂化,D 正确。 3.C 中心原子采取 sp3 杂化的分子,VSEPR 模型是四面体形,但其空间结构不一定是四面体形,如:水和 氨气分子中中心原子均采取 sp3 杂化,但 H2O 是 V 形分子,NH3 是三角锥形分子,故 A 错误;CH4 中 sp3 杂化轨道是由中心碳原子的能量相近的 2s 轨道和 3 个 2p 轨道杂化形成的,故 B 错误;同一个原子中能 量相近的 s 轨道和 p 轨道混杂可形成一组能量相同的新轨道,故 C 正确;BF3 中 B 原子的价层电子对数 为 3,杂化轨道类型为 sp2,故 D 错误。 4.D PCl3 分子中三个 P—Cl 键完全相同,所以其键长、键能、键角都相等,故 A、C 正确;不同非金属 元素原子之间形成极性共价键,则分子中 P—Cl 键是极性共价键,故 B 正确;PCl3 分子中中心磷原子的 价层电子对数为 3+ 5-1 × 3 2 =4,为 sp3 杂化,故 D 错误。 5.D SO2 分子中心原子杂化方式为 sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,含有一对孤电子对,分子的 空间结构为 V 形,A 错误;HCHO 分子中心原子杂化方式为 sp2,价层电子对互斥模型为平面三角形,没 有孤电子对,分子的空间结构为平面三角形,B 错误;NF3 分子中心原子杂化方式为 sp3,价层电子对互斥 模型为四面体形,含有一对孤电子对,分子的空间结构为三角锥形,C 错误;N H4 + 的中心原子杂化方式为 sp3,价层电子对互斥模型为正四面体形,没有孤电子对,离子的空间结构为正四面体形,D 正确。 6.B ①BF3 分子中硼原子杂化轨道数为 3,所以采取 sp2 杂化,故正确;② 分子中硫原子杂化轨 道数为 4,所以采取 sp3 杂化,故错误;③ 分子中碳原子杂化轨道数为 3,所以采取 sp2 杂化,故正 确;④ 分子中每个碳原子杂化轨道数为 2,所以采取 sp 杂化,故错误;⑤N2H4 分子中每个氮原 子杂化轨道数为 4,所以采取 sp3 杂化,故错误;⑥苯分子中每个碳原子杂化轨道数为 3,所以采取 sp2 杂 化,故正确。 7.D 由结构示意图可知,Si 位于正四面体的中心,键角为 109°28',A 错误;Si 原子核外最外层有 4 个电 子,Si 原子形成 4 个 Si—O 键,O 原子核外最外层有 6 个电子,Si 的化合价为+4 价,O 的化合价为-2 价,化 学组成为 Si O4 4- ,B 错误、D 正确;Si 原子形成 4 个 Si—O σ键,Si 上没有孤电子对,Si 原子采用 sp3 杂化,C 错误。 8.B 一个二氧化碳分子中含有 2 个σ键且中心原子不含孤电子对,所以碳原子采取 sp 杂化而不是 sp2 杂化,A 错误;NH3、NCl3 中 N 原子都采取 sp3 杂化,有 1 对孤电子对,所以分子的空间结构都是三角锥 形,B 正确;S 的电负性比 O 小,而且原子半径大,所以 S—H 键上的电子对偏向 S 并没有 H2O 中 O—H 键上的电子对偏向 O 那么严重,所以排斥力也相应比较小,键角也稍小,C 错误;BF3 分子中 B 元素化合 价为+3 价,B 原子最外层未达 8 电子结构,D 错误。 9.A 杂化轨道只用于形成σ键或用于容纳未参与成键的孤电子对,不能用于形成π键,A 错误;分子中中 心原子通过 sp3 杂化轨道成键时,该分子是否是四面体结构,还与该中心原子是否有孤电子对有关,若无 孤电子对,则为四面体结构,B 正确;杂化前后轨道的数目不变,但轨道的形状会发生变化,C 正确;sp3 杂 化轨道为正四面体形,夹角为 109°28',sp2 杂化轨道为平面三角形,夹角是 120°,sp 杂化轨道为直线形,夹 角是 180°,D 正确。 10.答案 (1)①④②⑤③ (2)直线形 V 形 三角锥形 正四面体形 (3)sp3 (4)sp3 不在 解析 (1)①HCN 中的 C 原子采取 sp 杂化,键角为 180°;②SiF4 中 Si 原子杂化轨道数为 4,采取 sp3 杂化, 键角为 109°28';③SCl2 中 S 原子杂化轨道数为 4,采取 sp3 杂化,含有 2 对孤电子对,分子为 V 形结构,键 角约为 105°;④C O3 2- 中 C 原子的杂化轨道数为 3,所以 C 原子采取 sp2 杂化,分子为平面三角形结构,键 角为 120°;⑤H3O+中 O 原子的杂化轨道数为 4,所以 O 原子采取 sp3 杂化,O 原子上含有 1 对孤电子对, 分子为三角锥形结构,键角约为 107°。所以各微粒按键角由大到小的顺序排列为①④②⑤③。 (2)ClO-中两原子构成直线形结构,Cl O2 - 、Cl O3 - 、Cl O4 - 中 Cl 采取 sp3 杂化,孤电子对数分别为 2、1、0, 所以空间结构分别为 V 形、三角锥形、正四面体形。 (3)由题图结构可知,每个硫原子形成 2 个共价键,且含有 2 对孤电子对,S 原子的杂化轨道数为 4,故硫 原子采取 sp3 杂化。 (4)N2H4 分子中,每个 N 原子形成 3 个σ键,N 原子上有 1 对孤电子对,故 N 原子采取 sp3 杂化;1 个 N 原 子和与其相连的 2 个 H 原子及另外 1 个 N 原子形成类似 NH3 的三角锥形结构,故六个原子不可能共 面。